Ядерный банк и урановые «таблетки»: как поменялась атомная отрасль Казахстана

Научно-производственный потенциал атомной промышленности, созданный во времена СССР на территории Казахстана в основном для военных целей, за годы независимости был переориентирован исключительно на мирные цели.

В числе мировых лидеров

Известно, что Казахстан богат ураном. В республике сосредоточено 12% мировых запасов этого тяжелого металла. Месторождения его выявлены в Туркестанской, Кызылординской, Мангистауской, Северо-Казахстанской областях.

Сама природа дала нашей стране шанс развить отечественную атомную индустрию. На сегодня республика является лидером по добыче урана экологически щадящим методом подземно-скважинного выщелачивания. Казахстанский уран экспортируется в Китай, Канаду, США, Россию, Индию, страны Евросоюза. До конца текущего года в Усть-Каменогорске планируется запустить производство тепловыделяющих сборок (ТВС), обеспечив тем самым полный цикл производства ядерного топлива. Для Казахстана это еще и шанс укрепить позиции в элитном клубе поставщиков ядерного топлива для АЭС.

В партнерстве с производственниками работает наука. В сентябре на IX международной конференции «Семипалатинский испытательный полигон: наследие и перспективы развития научно-технического потенциала» с участием ученых 20 стран был, например, затронут круг тем по перспективам атомной энергетики, технологии управляемого термоядерного синтеза, радиационной экологии и медицины, укреплению режима нераспространения ядерного оружия…

В юбилейный год независимости «Казахстанская правда» решила оценить путь, который за это время прошла атомная отрасль страны.

Ядерный банк и урановые «таблетки»

С момента создания АО «НАК «Казатомпром» в 1997 году флагманом Национальной атомной компании был и остается Ульбинский металлургический завод (АО «УМЗ»). Предприятие начало свою историю в 1949 году как абсолютно секретный «почтовый ящик», где производили оксалат тория. К началу 1990-х Ульбинский металлургический завод представлял собой уникальный высокотехнологичный комбинат, объединяющий производства по выпуску урана, бериллия, тантала, цеха, специализирующиеся на топливных «таблетках» для АЭС, запорной арматуре, сверхпроводниках, катализаторах, сплавах.

Несмотря на сложности периода «лихих 90-х», заводчане сумели сохранить уникальное предприятие. Всего два примера. В 1994 году, в разгар кризиса, вызванного распадом бывшего союзного государства, специалисты УМЗ включились в работы по использованию бериллия в международном проекте опытного термоядерного реактора (ИТЭР) – изготовили опытные образцы для экспериментов. В 1997–1998 годах завод вышел на мировой рынок со своей танталовой продукцией.

Новейшая история предприятия связана с таким значимым событием, как открытие на территории УМЗ Международного банка низкообогащенного урана. Проект стал во многом символическим. Страна, где более 40 лет действовал Семипалатинский испытательный ядерный полигон, поддержала миролюбивую инициативу Международного агентства по атомной энергетике (МАГАТЭ) по созданию мирового топливного резерва для атомных станций.

Банк низкообогащенного урана (НОУ) был введен в эксплуатацию в 2017 году. Модуль площадью 900 кв. м рассчитан на хранение 60 контейнеров с гексафторидом урана, в целом – 90 тонн сырья. Помещение оснащено системами пожарной сигнализации, датчиками контроля уровня фтора и радиации. Выбор экспертов в пользу площадки УМЗ был продиктован в том числе более чем полувековым опытом работы местных специалистов с радиоактивным материалом.

Как пояснили на УМЗ, гексафторид урана – исходное сырье, из которого можно изготовить топливные таблетки для любого вида реакторов. Объем в 90 тонн – это как раз запас для полной загрузки одного стандартного легководного реактора мощностью 1 тыс. МВт.

В чем смысл? Всего 12 стран в мире обладают технологией обогащения, это сложнейшая наукоемкая сфера. А желающих развивать атомную энергетику немало. Но если где-то научатся обогащать уран до уровня 20% или даже 5%, который используется в реакторах АЭС, то со временем они смогут обогащать и до 90%. А это в принципе означает создание атомной бомбы.

Поэтому в МАГАТЭ считают: чтобы никто не занимался подобными дорогостоящими и рискованными для дела мира технологиями, следует открыть контролируемый доступ к запасам из Банка НОУ. Ведь главная задача агентства – не только контроль безопасности атомных объектов, но и содействие нераспространению ядерного оружия.

В 2019 году казахстанский банк НОУ принял на хранение первую партию ядерного материала. Как резюмировали на УМЗ, республика на деле продемонстрировала свой вклад в общую систему безопасности.

Сейчас на «Ульбе», как по-свойски называют завод в народе, готовятся к запуску нового производства тепловыделяющих сборок (ТВС). Это совместный проект УМЗ и китайской компании CGNPC. Мощность будущего предприятия 200 тонн в год, сумма инвестиций – 47 млрд тенге. ТВС – это пучки циркониевых трубок, в которые загружены урановые «таблетки». Именно их помещают в ядерные реакторы атомных станций. По данным экспертов, одна ТВС за 5 лет эксплуатации вырабатывает столько же энергии, как при сжигании 837 вагонов угля. В одном реакторе могут использовать от 150 до 400 сборок в зависимости от мощности станции.

Основные производители ТВС – узкий клуб стран: РФ, Франция, США и Япония. Рынок между ними четко поделен: у каждого изготовителя свой дизайн сборок – кубический, цилиндрический или шестиугольный, под определенный проект станции. Продукция «ульбинцев», соответственно, будет рассчитана на АЭС, расположенные в Поднебесной.

Проект стартовал в конце 2015 года в рамках Общенационального плана мероприятий по реализации Послания Первого Президента РК – Елбасы народу страны «Казахстанский путь-2050: единая цель, единые интересы, единое будущее», сообщили на УМЗ. Помимо отчислений в бюджет и создания новых рабочих мест он обеспечивает полную цепочку ядерно-топливного цикла – от геологоразведки и добычи урана до экспорта готового ядерного топлива.

Логистически все звенья сосредоточены на одной производственной площадке. На УМЗ накоплен огромный опыт по очистке химического концентрата природного урана, здесь выпускают его закись-окись, производят порошки диоксида урана и топливные «таблетки». Каждый этап – крайне сложные наукоемкие технологии, в том числе прессования и последующего спекания порошка диоксида урана. «Таблетки» – это «начинка» для тепловыделяющих сборок. Другими словами, проект ТВС позволит дополнительно загрузить мощности уранового производства «Ульбы».

Все строительные работы и монтаж оборудования завершены, пояснили на предприятии. В качестве базовой выбрана технология французской компании Framatome – мирового лидера в изготовлении ТВС. Производство будет многоступенчатым, с применением робототехники, с разными видами контроля. Ошибки в таком деле недопустимы.

Как подчеркивают эксперты, за последние 30 лет в республике не было проектов подобного масштаба. Поэтому пришлось провести большую работу на уровне поправок в законодательную базу. Хлопот добавили карантинные ограничения в связи с коронавирусом. Пандемия как раз грянула, когда начался важнейший финишный этап строительства. Тем не менее новый завод уже готов к запуску. Для НАК «Казатомпром» он является стратегическим активом, решающим задачу долгосрочного делового партнерства с крупнейшей экономикой мира – Китаем.

Нет – оружию, да – науке

Генератором научных проектов в атомной отрасли в годы независимости стал Национальный ядерный центр РК. Только в ходе решения задач по ликвидации военной инфраструктуры и обследованию территории Семипалатинского испытательного ядерного полигона НЯЦ получил поддержку США, Японии, России, стран ЕС. В сентябре нынешнего года на международной конференции по наследию и перспективам СИЯП гендиректор центра Эрлан Батырбеков привел, например, такой факт: в 1953–1957 годах на площадках 4 и 4 «А» в зоне «Опытного поля» проводили испытания жидких и порошкообразных боевых радиоактивных веществ. Их изготавливали из отходов радиохимического производства либо путем облучения. В «нулевых» в ходе альфа-, бета‑, гамма-съемки на площадке 4 выявили 5 загрязненных участков, на площадке 4 «А» – 25.
– Оставалось немало объектов, содержащих чувствительную информацию о технологии проведения ядерных испытаний, – отметил гендиректор. – Это, например, контейнеры «Колба», специальное технологическое оборудование, штольни на площадке «Дегелен». Сейчас штольни, пусковые скважины и контейнеры ликвидированы. Созданы защитные сооружения объемом 90 тысяч кубометров, установлены системы дистанционного видеомониторинга. Все объекты приведены в состояние, исключающее проведение военных испытаний.

Почти 30 лет уникальный потенциал Национального ядерного центра служит исключительно мирным целям. Еще в 1990-х здесь провели серию экспериментов по калибровке системы сейсмического контроля, причем здешние станции одними из первых зарегистрировали ядерные испытания на территории КНДР. Большая работа связана с программой конверсии реакторов, доставшихся в наследство от военных. Курчатовцы нашли решение, позволившее переработать топливо реакторов ИВГ.1М и ИГР, содержащих U-235 со степенью обогащения 90% (оружейный уран) до 19,75%. Специалисты, например, называют реактор ИВГ.1М уникальным. Он сочетает огромную тепловую мощность в 72 МВт с высокой плотностью потока нейтронов. Это ценнейшие характеристики для проведения испытаний различных конструкций тепловыделяющих сборок и элементов ядерных энергодвигателей. Чтобы их сохранить, в НЯЦ специально разработали низкообогащенное топливо на основе уран-циркониевой волоконной композиции.

Со всей скрупулезностью ученые подошли к выбору решения для реактора ИГР. Первые испытания на нем были проведены еще в 1962 году по программе создания ядерных ракетных двигателей. У «ветерана» смогли изъять активную зону, разбавили облученное высокообогащенное топливо и заключили его в надежную матрицу на долговременное хранение. Причем НЯЦ как первопроходцам пришлось еще давать предложения в нормативную базу, потому что такой метод цементирования твердых радиоактивных отходов в мире никто до сих пор не применял.
В МАГАТЭ данный проект оценили как важный шаг по снижению опасности распространения военных ядерных материалов.

– Министерство энергетики разработало законопроект «О Семипалатинской зоне ядерной безопасности», – поделился подробностями руководитель НЯЦ. – Мы ждем, что он будет принят до конца 2021 года и позволит ввести в экономический оборот земли полигона, на которых возможна хозяйственная деятельность. Такие примеры есть. С 2014 года на площадке «Балапан» действует полигон техногенных отходов компании «Казцинк». Другие предприятия также присматриваются к возможностям этой зоны.

Компьютер в помощь

Сегодня в НЯЦ продолжают проекты в сфере физики реакторов, радиационной стойкости конструкционных материалов, технологии ядерного топлива и реакторных материалов. В частности, встала такая проблема: в связи с тем, что исследовательские реакторы перевели на низкообогащенное топливо, они могут терять запас реактивности, то есть снижать свою эффективность. Выход увидели в математической компьютерной модели управления. Такая программа уже в работе. Как рассказали в ядерном центре, она позволяет рассчитывать кампанию реактора и оценивает влияние отдельных конструкций активной зоны на реактивность и изменение изотопного состава ее материалов.

Кроме того, ученым Курчатова удалось смоделировать расплав активной зоны аварийного реактора АЭС «Фукусима-1». И не просто смоделировать – исследовать физические и химические свойства. В результате для японских энергетиков были выработаны важнейшие рекомендации по эксплуатации оборудования АЭС.

Одним из интересных проектов в области радиационной безопасности является проект Cormit. От науки ждут нового состава, которым можно покрывать ловушку – устройство, улавливающее расплав активной зоны в случае нештатной ситуации. Такие сверхпрочные, сверхнадежные конструкции должны исключить аварийные ситуации, а значит, загрязнение радиацией почвы или воды.

Свою роль в программе нераспространения ядерных материалов играет реакторный комплекс «Байкал-1». В 2010 году в рамках исполнения проекта по выводу из эксплуатации реактора на быстрых нейтронах БН-350 все отработавшее топливо «Байкала» было перемещено на долговременное хранение под гарантиями МАГАТЭ. Такое специализированное хранилище радиоактивных отходов и бэушных ампульных источников излучения построили на комплексе еще в 1995 году. По словам гендиректора НЯЦ, оно и сегодня востребовано, специалисты постоянно работают над технологиями безопасного хранения «фонящих» материалов.

В целом атомная отрасль Казахстана за годы независимости вышла в число ведущих инновационных отраслей отечественной экономики. Она успешно развивается и имеет огромный потенциал.

Читайте по теме. Эксперты еще раз оценили идею строительства АЭС в Казахстане

kazpravda.kz